Vật lý 12 Nâng cao - Bài 32. Máy biến áp. Truyền tải điện năng

LTTK CTV · 20/1/18

Câu C1 trang 170 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Hiệu suất của máy biến áp trong thực tế có thể đạt tới \(98 - 99\%\). Hãy viết biểu thức tính hiệu suất của máy biến áp và giải thích vì sao nó có thể đạt tới giá trị lớn.
Giải
Hiệu suất của máy biến áp là tỉ số (tính ra %) giữa công suất lấy ra ở mạch thứ cấp P2 và công suất đưa vào ở mạch sơ cấp P1.

\(H = {{{P_2}} \over {{P_1}}}\)
Sự hao phí điện năng trong máy biến áp gồm có sự toả nhiệt Jun - Lenxơ trong các cuộn dây và do dòng Phucô trong lõi. Ta hạn chế bằng cách dùng dây dẫn bằng đồng tốt và lõi thép làm bằng các lá thép kĩ thuật mỏng ghép cách điện với nhau.
Vì vậy hiệu suất của máy biến áp rất cao, trong thực tế có thể đạt tới \(98\%\) hay \(99\%\)

Câu C2 trang 170 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Đối với máy tăng áp, nên dùng dây của cuộn thứ cấp là loại có đường kính to hơn hay nhỏ hơn của cuộn sơ cấp? Vì sao?
Giải
Sử dụng công thức \({{{I_1}} \over {{I_2}}} = {{{U_2}} \over {{U_1}}}\) ta nhận thấy cường độ dòng điện trong mỗi cuộn dây tỉ lệ nghịch với điện áp ở hai đầu cuộn dây.
Vì vậy nếu là máy tăng áp thì điện áp ở cuộn thứ cấp cao hơn cuộn sơ cấp nên dòng điện qua cuộn thứ cấp nhỏ hơn, ta có thể dùng dây đồng loại có đường kính nhỏ hơn dây của cuộn sơ cấp.

Câu 1 trang 172 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Một máy biến áp có cuộn thứ cấp mắc với một điện trở thuần, cuộn sơ cấp mắc với nguồn điện xoay chiều. Điện trở của các cuộn dây và hao phí điện năng ở máy không đáng kể. Nếu tăng trị số của điện trở mắc với cuộn thứ cấp lên hai lần thì
A. Cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp giảm hai lần, trong cuộn sơ cấp không đổi.
B. Điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều tăng hai lần.
C. Suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp tăng hai lần, trong cuộn sơ cấp không đổi.
D. Công suất tiêu thụ điện ở mạch sơ cấp và thứ cấp đều giảm hai lần.
Giải
Tăng trị số của điện trở thuần mắc nối với cuộn thứ cấp lên hai lần thì theo công thức
\({U_{2}} = {\rm{ }}R{I_2}\) ta có \({I_2}\)giảm đi một nửa, do đó công suất tiêu thụ điện ở mạch thứ cấp \({P_2} = RI_2^2\) giảm đi \(2\) lần. Vì \({P_1} = {\rm{ }}{P_2}\) trong máy biến thế nên công suất tiêu thụ của mạch sơ cấp cũng giảm đi \(2\) lần.
Chọn đáp án D.

Câu 2 trang 172 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Tìm phát biểu sai.
Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, công suất hao phí
A. Tỉ lệ với thời gian truyền điện.
B. Tỉ lệ với chiều dài đường dây điện.
C. Tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp giữa hai đầu dây ở trạm phát điện.
D. Tỉ lệ với bình phương công suất truyền đi.
Giải
Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa thì công suất hao phí \(\Delta P = {{R{P^2}} \over {{{\left( {U\cos \varphi } \right)}^2}}}\) không tỉ lệ với thời gian truyền tải điện.
Chọn đáp án A.

Câu 3 trang 172 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Cuộn sơ cấp của một máy biến áp được nối với mạng điện xoay chiều có điện áp \(380\) V. Cuộn thứ cấp có dòng điện cường độ \(1,5\) A chạy qua và có điện áp giữa hai đầu dây là \(12\) V. Biết số vòng dây của cuộn thứ cấp là \(30\). Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp và cường độ dòng điện chạy qua nó. Bỏ qua hao phí điện năng trong máy.
Giải
Điện áp sơ cấp \({U_{1}} = {\rm{ }}380\) (V)
Cường độ thứ cấp \({I_2} = 1,5\) (A) và điện áp thứ cấp \({U_2} = {\rm{ }}12\) (V)
Số vòng dây của cuộn thứ cấp \({N_2} = 30\) vòng
Số vòng dây của cuộn sơ cấp là:
\({{{U_1}} \over {{U_2}}} = {{{N_1}} \over {{N_2}}} \Rightarrow {N_1} = {{{U_1}} \over {{U_2}}}{N_2}\)
\({N_1} = {{380 \times 30} \over {12}} = 950\) (vòng)
Cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp là:
\({{{I_1}} \over {{I_2}}} = {{{U_2}} \over {{U_1}}} \Rightarrow {I_1} = {{{U_2}} \over {{U_1}}}{I_2}\)
\({I_1} = {{12 \times 1,5} \over {380}} \approx 0,047(A)\)

Câu 4 trang 172 SGK Vật Lý 12 Nâng cao. Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp \(2\;kV\) và công suất truyền đi \(200\; kW\). Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm lệch nhau thêm \(480\; kW.h\).
a) Tính công suất hao phí trên đường dây tải điện
b) Cần tăng điện áp ở trạm phát đến giá trị nào để điện năng hao phí trên đường dây chỉ bằng \(2,5\ %\) điện năng truyền đi ? Coi công suất truyền đi ở trạm phát điện không đổi.
Giải
Trạm phát điện có công suất truyền tải \(P = 200\) (KW) ở mức điện áp \(U = 2\) (KW)
a) Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và nơi thu sau mỗi ngày đêm lệch nhau thêm \(480\; kWh\) là điện năng hao phí do toả nhiệt trên đường dây.
Suy ra công suất hao phí điện trên đường dây :
\(\Delta P = {A \over t} = {{480kWh} \over {24h}} = 20(kW) = 10\% P\)
b)
\(\Delta P = {{R{P^2}} \over {{{\left( {U\cos \varphi } \right)}^2}}}\). Ta có :
* Với \(U_1\) thì \(\Delta P = 10\% P = {{R{P^2}} \over {{{\left( {{U_1}\cos \varphi } \right)}^2}}}\) (1)
* Với \(U_2\) thì \(\Delta P = 2,5\% P = {{R{P^2}} \over {{{\left( {{U_2}\cos \varphi } \right)}^2}}}\) (2)
Lấy \({{(1)} \over {(2)}} \Rightarrow {{10\% P} \over {2,5\% P}} = {{R{P^2}} \over {U_1^2{{\cos }^2}\varphi }}.{{U_2^2{{\cos }^2}\varphi } \over {R{P^2}}}\)
\( \Leftrightarrow 4 = {{U_2^2} \over {U_1^2}} \Rightarrow {U_2} = 2{U_1} = 2 \times 2 = 4(kV)\) .
Vậy muốn điện năng hao phí \(\Delta P\) bằng \(2,5\%\) điện năng truyền tải \(P\) thì điện áp ở trạm phát lúc truyền tải phải là: \(4\;kV\)

Vật lý 12 Nâng cao - Bài 32. Máy biến áp. Truyền tải điện năng

Xem các chủ đề cùng chuyên mục